DE102016124154A1 - A method and arrangement for molding components having an internal passage formed therein - Google Patents
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Abstract
Geschaffen ist ein Verfahren (1500) zum Formen einer Komponente (80) die einen darin gebildeten internen Durchgang (82) aufweist. Das Verfahren umfasst ein Positionieren (1502) eines ummantelten Kerns (310) in Bezug auf eine Gussform (300). Der ummantelte Kern weist eine hohle Struktur (320), die zumindest teilweise durch einen Additiv-Herstellungsprozess ausgebildet ist, und einen inneren Kern (324) auf, der innerhalb der hohlen Struktur angeordnet ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Einbringen (1504) eines Komponentenmaterials (78) in einem geschmolzenen Zustand in einen Hohlraum (304) der Gussform und ein Kühlen (1506) des Komponentenmaterials in dem Hohlraum, um die Komponente zu formen. Der innere Kern wird positioniert, um den internen Durchgang in der Komponente zu definieren.What is provided is a method (1500) of forming a component (80) having an internal passageway (82) formed therein. The method includes positioning (1502) a sheathed core (310) with respect to a mold (300). The sheathed core has a hollow structure (320) formed at least partially by an additive manufacturing process and an inner core (324) disposed within the hollow structure. The method further includes introducing (1504) a component material (78) in a molten state into a cavity (304) of the mold and cooling (1506) the component material in the cavity to form the component. The inner core is positioned to define the internal passageway in the component.
Description
HINTERGRUNDBACKGROUND
Das Gebiet der Beschreibung betrifft allgemein Komponenten, die einen darin gebildeten internen Durchgang aufweisen, und spezieller ein Ausbilden derartiger interner Durchgänge mittels Kernen, die wenigstens ein großes Verhältnis einer Länge zu einem Durchmesser, eine im Wesentlichen nicht linearen Form und/oder einen komplexen Querschnittsumfang definieren. The field of description relates generally to components having an internal passageway formed therein, and more particularly to forming such internal passageways by cores defining at least a large ratio of length to diameter, substantially non-linear shape, and / or complex cross-sectional perimeter ,
Einige Komponenten erfordern eine Ausbildung eines internen Durchgangs in ihrem Inneren, beispielsweise, um eine gezielte Funktion durchzuführen. Beispielsweise, jedoch ohne es darauf beschränken zu wollen, sind einige Komponenten, z.B. Heißgaspfadkomponenten von Gasturbinen, hohen Temperaturen ausgesetzt. Zumindest sind bei einigen derartigen Komponenten interne Durchgänge darin ausgebildet, um einen Strom von einem Kühlfluid aufzunehmen, so dass die Komponenten den hohen Temperaturen besser standhalten können. In einem weiteren Beispiel, jedoch ohne es darauf beschränken zu wollen, sind einige Komponenten an einer Berührungsstelle mit einem anderen Bauteil einer Reibung ausgesetzt. Zumindest sind bei einigen derartigen Komponenten interne Durchgänge darin ausgebildet, um einen Strom eines Schmiermittels aufzunehmen, um eine Verringerung der Reibung durchzuführen. Some components require formation of an internal passage in their interior, for example, to perform a targeted function. For example, but not limited to, some components, e.g. Hot gas path components of gas turbines exposed to high temperatures. At least in some such components, internal passages are formed therein to receive a flow of cooling fluid so that the components can better withstand the high temperatures. In another example, but not limiting, some components are subject to friction at a point of contact with another component. At least in some such components, internal passages are formed therein to receive a flow of lubricant to effect a reduction in friction.
Zumindest einige bekannte Komponenten, die einen darin gebildeten internen Durchgang aufweisen, werden in einer Gussform gebildet, wobei sich ein aus einem Keramikmaterial hergestellter Kern innerhalb des Gussformhohlraums an einer Stelle erstreckt, die für den internen Durchgang ausgewählt ist. Nachdem in den Gussformhohlraum um den Keramikkern eine schmelzflüssige Metalllegierung eingebracht und gekühlt ist, um die Komponente zu bilden, wird der Keramikkern, z.B. durch chemische Auslaugen, entfernt, um den internen Durchgang zu bilden. Allerdings sind wenigstens einige bekannte Keramikkerne bruchempfindlich, mit der Folge, dass die Herstellung der Kerne kostspielig, und ihre Handhabung ohne Beschädigung schwierig ist. Lediglich als ein nicht als beschränkend zu bewertendes Beispiel steigt mit der Zunahme eines Verhältnisses von Länge zu Durchmesser (L/d) des Keramikkerns auch die Gefahr, dass der Kerns während der Handhabung und/oder Verwendung bei der Herstellung eines Bauteils Risse bekommt oder bricht. At least some known components having an internal passage formed therein are formed in a mold, with a core made of a ceramic material extending within the mold cavity at a location selected for internal passage. After a molten metal alloy is introduced into the mold cavity around the ceramic core and cooled to form the component, the ceramic core, e.g. by chemical leaching, removed to form the internal passageway. However, at least some known ceramic cores are fragile, with the result that the manufacture of the cores is costly and difficult to handle without damage. By way of non-limiting example, as the ratio of length to diameter (L / d) of the ceramic core increases, so does the risk that the core will crack or break during handling and / or use in the manufacture of a component.
Das Risiko des Reißens oder Brechens wenigstens eines Teils derartiger Keramikkerne steigt noch weiter mit einer Nichtlinearität der Keramikkerne. Beispielsweise lässt sich ein im Wesentlichen linearer Keramikkern mit einer Richtung der Schwerkraft so ausrichten, dass der Kern sein Eigengewicht in einer säulenartigen Verdichtung stützt. Wenn hingegen ein im Wesentlichen nichtlinearer Kern im Inneren eines Gussformhohlraums schwebend gehalten wird, unterwirft das Gewicht des Kerns wenigstens einen Abschnitt des Keramikkerns einer Spannung, was die Gefahr eines Reißens oder Brechens des Keramikkerns weiter steigert. Zusätzlich oder alternativ sind zumindest einige derartige Kerne selbst durch Gießen des Keramikmaterials in eine Kerngussform erzeugt, und die Herstellung zumindest mancher im Wesentlichen nichtlinearer Keramikkerne ist schwierig, aufgrund eines Problems der Bereitstellung geeigneter Zugebenen und Konstruktionswinkel für ein Lösen des nichtlinearen Keramikkerns aus der Kerngussform. Somit ist eine Nutzung solcher bekannter Keramikkerne zur Bildung interner Durchgänge, die eine wesentliche Nichtlinearität aufweisen, insbesondere, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, mit einer Zunahme des L/d-Verhältnisses des Durchlasskanals beschränkt. The risk of cracking or breaking at least part of such ceramic cores increases even further with non-linearity of the ceramic cores. For example, a substantially linear ceramic core with a direction of gravity can be oriented so that the core supports its own weight in a columnar compression. In contrast, when a substantially nonlinear core is kept floating within a mold cavity, the weight of the core subjects a portion of the ceramic core to stress, further increasing the risk of cracking or breaking of the ceramic core. Additionally or alternatively, at least some of such cores are themselves produced by casting the ceramic material into a core casting mold, and the fabrication of at least some substantially nonlinear ceramic cores is difficult because of a problem of providing suitable additions and design angles for disengaging the non-linear ceramic core from the core casting mold. Thus, use of such known ceramic cores to form internal passageways having substantial nonlinearity, particularly, but not limited to, is limited with an increase in the L / d ratio of the passageway.
Zusätzlich steigt das Risiko eines Reißens oder Brechens wenigstens eines Teils derartige Keramikkerne mit einer Steigerung der Kompliziertheit eines Querschnitts des Keramikkerns. Lediglich als ein nicht als beschränkend zu bewertendes Beispiel führt ein nicht glatter Querschnittsumfang Spannungskonzentrationen in den Keramikkern ein, die das Risiko einer örtlichen Rissbildung erhöhen. Während eine Leistung der Wärmeübertragung eines internen Kühlkanals daher beispielsweise durch einen Querschnitt verbessert werden könnte, der einen benetzten Umfang des Durchgangs für eine vorgegebene Querschnittsfläche erhöht, wird ein Einsatz solcher bekannter keramischer Kerne zum Bilden eines derartigen Querschnitts, insbesondere, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, daher mit einer Zunahme des L/d-Verhältnisse des Durchlasskanals begrenzt. In addition, the risk of cracking or breaking at least a part of such ceramic cores increases with an increase in the complexity of a cross section of the ceramic core. By way of non-limiting example, a non-smooth cross-sectional dimension introduces stress concentrations into the ceramic core that increase the risk of localized cracking. Thus, while a heat transfer performance of an internal cooling duct could be improved, for example, by a cross-section that increases a wetted perimeter of the passage for a given cross-sectional area, use of such known ceramic cores to form such a cross-section will be particularly, but not limited to , therefore limited with an increase in the L / d ratios of the passageway.
Alternativ oder zusätzlich werden wenigstens einige bekannte Komponenten, die einen darin gebildeten internen Durchgang aufweisen, anfänglich ohne den internen Durchgang ausgebildet, und der interne Durchgang wird in einem nachfolgenden Prozess ausgebildet. Beispielsweise werden wenigstens einige bekannte interne Durchgänge ausgebildet, indem der Durchgang, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, mittels eines elektrochemischen Bohrverfahrens in die Komponente gebohrt wird. Allerdings sind zumindest einige solcher Verfahren verhältnismäßig zeitraubend und kostspielig. Außerdem sind zumindest manche solche Verfahren nicht in der Lage, eine Nichtlinearität und/oder einen Querschnittsumfang eines internen Durchgangs hervorbringen, der für Entwürfe gewisser Komponenten erforderlich ist, insbesondere, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, mit einer Zunahme des L/d-Verhältnisses des Durchlasskanals.Alternatively or additionally, at least some known components having an internal passage formed therein are initially formed without the internal passage, and the internal passage is formed in a subsequent process. For example, at least some known internal passageways are formed by drilling the passage, for example, but without limitation, into the component by means of an electrochemical drilling process. However, at least some such methods are relatively time consuming and costly. Besides, they are at least some such methods fail to produce a non-linearity and / or cross-sectional extent of internal passage required for designs of certain components, particularly, but not limited to, with an increase in the L / d ratio of the port channel.
KURZDARSTELLUNGSUMMARY
In einem Aspekt ist ein Verfahren zum Formen einer Komponente geschaffen, die einen darin gebildeten internen Durchgang aufweist. Das Verfahren umfasst ein Positionieren eines ummantelten Kerns in Bezug auf eine Gussform. Der ummantelte Kern weist eine hohle Struktur, die zumindest teilweise durch einen Additiv-Herstellungsprozess ausgebildet ist, und einen inneren Kern auf, der innerhalb der hohlen Struktur angeordnet ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Einbringen eines Komponentenmaterials in einem geschmolzenen Zustand in einen Hohlraum der Gussform und ein Kühlen des Komponentenmaterials in dem Hohlraum, um die Komponente zu formen. Der innere Kern bildet den internen Durchgang in der Komponente. In one aspect, there is provided a method of forming a component having an internal passage formed therein. The method includes positioning a sheathed core with respect to a casting mold. The sheathed core has a hollow structure formed at least partially by an additive manufacturing process and an inner core disposed within the hollow structure. The method further includes introducing a component material in a molten state into a cavity of the mold and cooling the component material in the cavity to form the component. The inner core forms the internal passage in the component.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der die hohle Struktur aufweist, die unter Verwendung wenigstens eines unmittelbaren Metalllaserschmelz(DMLM)-Verfahrens, eines unmittelbaren Metalllasersinter(Direct Metal Laser Sintering, DMLS)-Verfahrens und/oder eines selektiven Lasersinter(Selective Laser Sintering, SLS)-Verfahren ausgebildet ist. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core involves positioning the sheathed core having the hollow structure formed using at least one direct metal laser melt (DMLM) method of direct metal laser sintering (Direct Metal Laser) Sintering, DMLS) method and / or a selective laser sintering (Selective Laser Sintering, SLS) method is formed.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der die hohle Struktur aufweist, die aus einem ersten Material ausgebildet ist, das zumindest teilweise durch wenigstens eine Nickelbasissuperlegierung, eine kobaltbasierte Superlegierung, eine eisenbasierte Legierung, eine titanbasierte Legierung und/oder eine platinbasierte Superlegierung absorbierbar ist. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core having the hollow structure formed of a first material at least partially defined by at least one nickel-base superalloy, a cobalt-based superalloy, an iron-based alloy, a titanium-based alloy and / or a platinum-based superalloy is absorbable.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der den inneren Kern aufweist, der aus wenigstens einem Siliziumoxid, Aluminiumoxid und/oder Mullit geformt ist. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core having the inner core formed of at least one of silica, alumina, and / or mullite.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der den inneren Kern aufweist, der ein Verhältnis einer Länge zu einem Durchmesser von wenigstens etwa 25 definiert. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core having the inner core defining a ratio of a length to a diameter of at least about 25.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der den inneren Kern aufweist, der ein Verhältnis einer Länge zu einem Durchmesser von wenigstens etwa 60 definiert. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core having the inner core defining a ratio of a length to a diameter of at least about 60.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der den inneren Kern aufweist, der ein Verhältnis einer Länge zu einem Durchmesser von wenigstens etwa 70 definiert. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core having the inner core defining a ratio of a length to a diameter of at least about 70.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der den inneren Kern aufweist, der ein Verhältnis einer Länge zu einem Durchmesser von wenigstens etwa 80 definiert. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core having the inner core defining a ratio of a length to a diameter of at least about 80.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der den inneren Kern aufweist, der ein Verhältnis einer Länge zu einem Endentrennungsabstand von wenigstens etwa 1,2 definiert. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core having the inner core defining a ratio of a length to an end separation distance of at least about 1.2.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der den inneren Kern aufweist, der ein Verhältnis einer Länge zu einem Endentrennungsabstand von wenigstens etwa 3 definiert. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core having the inner core defining a ratio of a length to an end separation distance of at least about 3.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der den inneren Kern aufweist, der ein Verhältnis einer Länge zu einem Endentrennungsabstand von wenigstens etwa 6 definiert. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core having the inner core defining a ratio of a length to an end separation distance of at least about 6.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der wenigstens einen Abschnitt des inneren Kerns aufweist, der einen Querschnitt definiert, wobei der Querschnitt ein Verhältnis eines Umfangs im Quadrat zu einer Fläche von wenigstens etwa 40 definiert.In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core that includes at least a portion of the inner core defining a cross section, the cross section defining a ratio of a perimeter squared to an area of at least about 40.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der wenigstens einen Abschnitt des inneren Kerns aufweist, der einen Querschnitt definiert, wobei der Querschnitt ein Verhältnis eines Umfangs im Quadrat zu einer Fläche von wenigstens etwa 80 definiert. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core having at least a portion of the inner core defining a cross section, the cross section being a ratio of a perimeter squared to a surface defined by at least about 80.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der die hohle Struktur aufweist, die mehrere im Wesentlichen lineare Segmente definiert, die in Reihe verbunden sind. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core having the hollow structure defining a plurality of substantially linear segments connected in series.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der die hohle Struktur aufweist, die mehrere im Wesentlichen lineare Segmente definiert, die mit mehreren gekrümmten Segmenten in Reihe verbunden sind. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core having the hollow structure defining a plurality of substantially linear segments connected in series with a plurality of arcuate segments.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Positionieren des ummantelten Kerns ein Positionieren des ummantelten Kerns beinhaltet, der wenigstens einen Abschnitt der hohlen Struktur aufweist, die eine im Wesentlichen spiralförmige Gestalt definiert. In any embodiment of the method, it may be advantageous that the positioning of the sheathed core includes positioning the sheathed core having at least a portion of the hollow structure defining a substantially helical shape.
In einem weiteren Aspekt ist eine Gussformanordnung zur Verwendung bei dem Formen einer Komponente geschaffen, die einen darin gebildeten internen Durchgang aufweist. Die Gussformanordnung enthält eine Gussform, die darin einen Gussformhohlraum definiert, und einen ummantelten Kern, der mit Bezug auf die Gussform positioniert ist. Der ummantelte Kern weist eine hohle Struktur auf, die zumindest teilweise durch einen Additiv-Herstellungsprozess ausgebildet ist. Der ummantelte Kern enthält ferner einen inneren Kern, der innerhalb der hohlen Struktur angeordnet ist, und der positioniert ist, um den internen Durchgang in der Komponente zu bilden, wenn ein Komponentenmaterial in einem geschmolzenen Zustand in den Hohlraum eingebracht und gekühlt wird, um die Komponente zu formen. In another aspect, there is provided a mold assembly for use in molding a component having an internal passage formed therein. The mold assembly includes a mold defining therein a mold cavity and a sheathed core positioned with respect to the mold. The sheathed core has a hollow structure that is at least partially formed by an additive manufacturing process. The sheathed core further includes an inner core disposed within the hollow structure and positioned to form the internal passageway in the component when a component material in a molten state is introduced into the cavity and cooled about the component to shape.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass die hohle Struktur aus einem ersten Material geformt ist, das zumindest teilweise durch wenigstens eine Nickelbasissuperlegierung, eine kobaltbasierte Superlegierung, eine eisenbasierte Legierung, eine titanbasierte Legierung und/oder eine platinbasierte Superlegierung absorbierbar ist. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for the hollow structure to be formed of a first material that is at least partially absorbable by at least one nickel-base superalloy, a cobalt-based superalloy, an iron-based alloy, a titanium-based alloy, and / or a platinum-based superalloy.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass der innere Kern wenigstens aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid und/oder Mullit geformt ist. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for the inner core to be formed of at least one of silica, alumina and mullite.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass der innere Kern ein Verhältnis einer Länge zu einem Durchmesser von wenigstens etwa 25 definiert. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for the inner core to define a ratio of length to diameter of at least about 25.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass der innere Kern ein Verhältnis einer Länge zu einem Durchmesser von wenigstens etwa 60 definiert. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for the inner core to define a ratio of length to diameter of at least about 60.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass der innere Kern ein Verhältnis einer Länge zu einem Durchmesser von wenigstens etwa 70 definiert. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for the inner core to define a ratio of length to diameter of at least about 70.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass der innere Kern ein Verhältnis einer Länge zu einem Durchmesser von wenigstens etwa 80 definiert. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for the inner core to define a ratio of length to diameter of at least about 80.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass der innere Kern ein Verhältnis einer Länge zu einem Endentrennungsabstand von wenigstens etwa 1,2 definiert. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for the inner core to define a ratio of a length to an end separation distance of at least about 1.2.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass der innere Kern ein Verhältnis einer Länge zu einem Endentrennungsabstand von wenigstens etwa 3 definiert. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for the inner core to define a ratio of a length to an end separation distance of at least about 3.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass der innere Kern ein Verhältnis einer Länge zu einem Endentrennungsabstand von wenigstens etwa 6 definiert. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for the inner core to define a ratio of a length to an end separation distance of at least about 6.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass wenigstens ein Abschnitt des inneren Kerns einen Querschnitt definiert, wobei der Querschnitt ein Verhältnis eines Umfangs im Quadrat zu einer Fläche von wenigstens etwa 40 definiert. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for at least a portion of the inner core to define a cross-section, the cross-section defining a ratio of a perimeter squared to an area of at least about 40.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass wenigstens ein Abschnitt des inneren Kerns einen Querschnitt definiert, wobei der Querschnitt ein Verhältnis eines Umfangs im Quadrat zu einer Fläche von wenigstens etwa 80 definiert. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for at least a portion of the inner core to define a cross-section, the cross-section defining a ratio of a perimeter squared to an area of at least about 80.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass die hohle Struktur mehrere im Wesentlichen lineare Segmente definiert, die in Reihe verbunden sind. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for the hollow structure to define a plurality of substantially linear segments connected in series.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass die hohle Struktur mehrere im Wesentlichen lineare Segmente definiert, die mit mehreren gekrümmten Segmenten in Reihe verbunden sind. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for the hollow structure to define a plurality of substantially linear segments connected in series with a plurality of curved segments.
Bei jeder beliebigen Ausführungsform der Gussformanordnung kann es vorteilhaft sein, dass wenigstens ein Abschnitt der hohlen Struktur eine im Wesentlichen spiralförmig Form definiert. In any embodiment of the mold assembly, it may be advantageous for at least a portion of the hollow structure to define a substantially spiral shape.
ZEICHNUNGENDRAWINGS
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen wird auf eine Anzahl von Begriffen Bezug genommen, deren Bedeutungen wie folgt definiert werden. In the following description and in the claims, reference will be made to a number of terms whose meanings are defined as follows.
Die Singularformen der unbestimmten und bestimmten Artikel schließen auch die Pluralformen ein, es sei denn, der Zusammenhang setzt ausdrücklich Anderslautendes voraus. The singular forms of indefinite and definite articles also include plurals, unless the context presupposes otherwise.
"Optional" bedeutet, dass der anschließend beschriebene Vorgang oder Zustand auftreten kann, oder auch nicht, und dass die Beschreibung sowohl Fälle einschließt, in denen der Vorgang stattfindet, als auch solche, in denen er nicht stattfindet. "Optional" means that the event or condition described below may or may not occur, and that the description includes both cases in which the event occurs and those in which it does not occur.
Eine annähernde Ausdrucksweise, wie sie hier über die gesamte Beschreibung und Ansprüche hinweg eingesetzt wird, kann verwendet werden, um eine quantitative Darstellung zu modifizieren, die zulässigerweise abweichen könnte, ohne eine Änderung der grundlegenden Funktion hervorzurufen, auf die sie sich bezieht. Dementsprechend soll ein Wert, der durch einen oder mehrere Begriffe, wie beispielsweise "etwa", "ungefähr" und "im Wesentlichen" modifiziert ist, nicht auf den spezifizierten Wert beschränkt sein. In zumindest einigen Ausprägungen kann die annähernde Sprache der Genauigkeit eines zum Erfassen des Werts verwendeten Instruments entsprechen. Im Vorliegenden sowie über die gesamte Beschreibung und die Ansprüche hinweg sind möglicherweise Bereichsbeschränkungen gekennzeichnet sein. Solche Bereiche können kombiniert und/oder ausgetauscht werden und schließen sämtliche Unterbereiche ein, die darin enthalten sind, sofern aus dem Zusammenhang nicht etwas anderes hervorgeht. Approximate language as used throughout the specification and claims may be used to modify a quantitative representation that could reasonably deviate without causing a change in the fundamental function to which it refers. Accordingly, a value modified by one or more terms such as "about," "about," and "substantially" is not intended to be limited to the specified value. In at least some instances, the approximate language may correspond to the accuracy of an instrument used to capture the value. In the present and throughout the description and claims, range limitations may be indicated. Such areas may be combined and / or interchanged and include all sub-areas contained therein unless otherwise specified in the context.
Die hier beschriebenen beispielhaften Komponenten und Verfahren beseitigen wenigstens einen Teil der Nachteile im Zusammenhang mit bekannten Vorrichtungen und Verfahren zum Formen einer Komponente, die einen internen Durchgang aufweist. Die hier beschriebenen Ausführungsformen schaffen einen ummantelten Kern, der in Bezug auf eine Gussform positioniert wird. Der ummantelte Kern weist eine hohle Struktur und einen inneren Kern auf, der innerhalb der hohlen Struktur angeordnet ist. Der innere Kern erstreckt sich im Inneren des Gussformhohlraums, um eine Position des internen Durchgangs innerhalb der Komponente zu definieren, die in der Gussform zu formen ist. Die hohle Struktur wird zumindest teilweise mittels eines Additiv-Herstellungsprozess geformt. The exemplary components and methods described herein eliminate at least some of the disadvantages associated with known devices and methods for molding a component having an internal passageway. The embodiments described herein provide a sheathed core that is positioned with respect to a mold. The sheathed core has a hollow structure and an inner core disposed within the hollow structure. The inner core extends inside the mold cavity to define a position of the internal passage within the component to be molded in the mold. The hollow structure is formed at least partially by means of an additive manufacturing process.
In der Ausführungsform ist der Turbinenabschnitt
Während des Betriebs der rotierenden Maschine
In dem Brennkammerabschnitt
Der Turbinenabschnitt
Die Komponente
In der Ausführungsform ist die Komponente
In der Ausführungsform weist die Rotorlaufschaufel
In speziellen Ausführungsformen beträgt die Laufschaufellänge
In der Ausführungsform erstreckt sich der interne Durchgang
In einigen Ausführungsformen weist der interne Durchgang
Der ummantelte Kern
Die hohle Struktur
In der Ausführungsform weist die hohle Struktur
Die Gussform
In speziellen Ausführungsformen wird der ummantelte Kern
Das erste Material
In speziellen Ausführungsformen ist die Wandstärke
In abgewandelten Ausführungsformen ist die Wandstärke
In der Ausführungsform ist das Innenkernmaterial
In einigen Ausführungsformen wird der ummantelte Kern
Beispielsweise liegt die charakteristische Breite
Unter Bezugnahme auf
Der Abschnitt
Weiter ist eine Länge
Es ist selbstverständlich, dass der ummantelte Kern in manchen Ausführungsformen
Zusätzlich ist ein Verhältnis einer Länge zu einem Durchmesser (L/d) für den inneren Kern
Beispielsweise beträgt die Laufschaufellänge
In speziellen Ausführungsformen würde ein Verwenden eines (nicht gezeigten) in ähnlicher Weise nicht linearen, jedoch nicht ummantelten inneren Kerns mit Verhältnissen von Länge zu Durchmesser von wenigstens etwa 25, wenigstens etwa 70 und/oder wenigstens etwa 80 aufweist, wie z.B., jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, der oben beschriebenen inneren Kerne
In einigen Ausführungsformen wird die hohle Struktur
In einigen Ausführungsformen gestattet die Bildung der hohlen Struktur
Obwohl die veranschaulichten Ausführungsformen die hohle Struktur
Jeder veranschaulichte ummantelte Kern
Wie oben beschrieben, wird der ummantelte Kern
In speziellen Ausführungsformen wird die hohle Struktur
In speziellen Ausführungsformen wird eine Leistung des internen Durchgangs
Beispielsweise weist der innere Kern
In einem weiteren Beispiel weist der innere Kern
In einem weiteren Beispiel weist der innere Kern
In einem weiteren Beispiel weist der innere Kern
In einem weiteren Beispiel weist der innere Kern
In einem weiteren Beispiel weist der innere Kern
Wie oben beschrieben, wird der ummantelte Kern
In speziellen Ausführungsformen wird die hohle Struktur
Unter Bezugnahme auf
Beispielsweise weisen die ausgesparten Merkmale
Unter Bezugnahme auf
Wie oben erörtert, definieren die Gestalt der Außenfläche
Unter Bezugnahme auf
In einem weiteren Beispiel ist die hohle Struktur
In einigen Ausführungsformen reduziert das Formen der hohlen Struktur
In speziellen Ausführungsformen ist der ummantelte Kern
In einigen Ausführungsformen reduziert das Bearbeiten des ummantelten Kerns
Unter Bezugnahme auf
Ein exemplarisches Verfahren
In speziellen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt des Positionierens
In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt des Positionierens
In speziellen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt des Positionierens
In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt des Positionierens
In speziellen Ausführungsformen beinhaltet der Schritt des Positionierens
Der oben beschriebene ummantelte Kern ermöglicht ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung zumindest einiger Komponenten, die darin gebildete interne Durchgänge aufweisen, während Probleme der Bruchempfindlichkeit im Zusammenhang mit dem Kern verringert oder beseitigt sind. Insbesondere weist der ummantelte Kern den inneren Kern auf, der im Inneren des Gussformhohlraums positioniert wird, um die Position des internen Durchgangs in der Komponente zu definieren, und weist außerdem die hohle Struktur auf, in deren Inneren der innere Kern angeordnet ist. Die hohle Struktur wird zumindest teilweise durch einen Additiv-Herstellungsprozess geformt. Insbesondere, jedoch ohne es darauf beschränken zu wollen, ermöglichen der ummantelte Kern und hier beschriebene Verfahren unter Verwendung eines einzigen integrierten Formungsvorgangs eine zuverlässige und wiederholbare Bildung interner Durchgänge, die wenigstens eine und möglicherweise sämtliche drei Eigenschaften eines großen Verhältnisses einer Länge zu einem Durchmesser, einer im Wesentlichen nicht linearen Gestalt und eines komplizierten Querschnittsumfangs definieren. Außerdem ist die hohle Struktur insbesondere aus einem Material ausgebildet, das zumindest teilweise durch das geschmolzen Komponentenmaterial absorbierbar ist, das in den Gussformhohlraum eingebracht wird, um die Komponente zu formen. Somit beeinträchtigt die Verwendung der hohlen Struktur die strukturellen oder Leistungsmerkmale des Bauteils nicht und behindert nicht die spätere Entfernung des inneren Kernmaterials von dem Bauteil, um den internen Durchgang zu bilden. The sheathed core described above provides a low cost method of making at least some components having internal passages formed therein while reducing or eliminating core-related fracture sensitivity problems. In particular, the sheathed core has the inner core positioned inside the mold cavity to define the position of the internal passage in the component, and also has the hollow structure inside which the inner core is disposed. The hollow structure is at least partially formed by an additive manufacturing process. In particular, but without intending to be limited thereto, the encased core and methods described herein, using a single integrated molding process, enable reliable and repeatable formation of internal vias having at least one and possibly all three properties of a large ratio of length to diameter define substantially non-linear shape and a complicated cross-sectional circumference. In addition, the hollow structure is particularly formed of a material that is at least partially absorbable by the molten component material that is introduced into the mold cavity to form the component. Thus, the use of the hollow structure does not affect the structural or performance characteristics of the component and does not hinder the subsequent removal of the inner core material from the component to form the internal passageway.
Zusätzlich ermöglicht der hier beschriebene ummantelte Kern ein kostengünstiges und hochgenaues Verfahren zur einstückigen Ausbildung von Durchgangswandmerkmalen in dem internen Durchgang. Speziell verstärkt die hohle Struktur in einigen Ausführungsformen den inneren Kern, so dass eine Gefahr eines Reißens des inneren Kerns in der Nähe von Spannungskonzentrationen, die einer komplementären Geometrie der Merkmalsformung des inneren Kerns zugeordnet sind, verringert wird. Zusätzlich oder alternativ ermöglicht die Fähigkeit der Vorgestaltung der hohlen Struktur, um den inneren Kern zu definieren, ein Hinzufügen von komplementären Merkmalen zu dem inneren Kern ohne eine spanabhebende Bearbeitung des inneren Kerns, so dass eine Gefahr des Reißens oder der Beschädigung des Kerns vermieden ist. In addition, the sheathed core described herein enables a low cost and high accuracy method of integrally forming via wall features in the internal passageway. Specifically, in some embodiments, the hollow structure enhances the inner core such that a risk of tearing of the inner core near stress concentrations associated with a complementary geometry of feature-shaping the inner core is reduced. Additionally or alternatively, the ability of preforming the hollow structure to define the inner core allows for adding complimentary features to the inner core without machining the inner core so as to avoid the risk of tearing or damage to the core.
Ein beispielhafter technischer Effekt der hier beschriebenen Verfahren, Systeme und Einrichtungen beinhaltet wenigstens eines von folgendem: (a) Verringern oder Eliminieren von Bruchgefahren im Zusammenhang mit der Ausbildung, Handhabung, Beförderung und/oder Lagerung des Kerns, der bei dem Formen einer Komponente genutzt wird, die einen darin gebildeten internen Durchgang aufweist; (b) zuverlässiges und wiederholbares Formen von Komponenten, die interne Durchgänge aufweisen, die unter Verwendung eines einzigen integralen Vorgangs zur Bildung wenigstens einer und möglicherweise sämtlicher drei Eigenschaften eines großen Verhältnisses einer Länge zu einem Durchmesser, einer im Wesentlichen nicht linearen Gestalt und eines komplizierten Querschnittsumfangs aufweisen; und (c) Verringern oder Beseitigen von Bruchproblemen im Zusammenhang mit Merkmalen des Kerns, die Durchgangswandmerkmale komplementär in der Komponente definieren. An exemplary technical effect of the methods, systems, and devices described herein includes at least one of the following: (a) reducing or eliminating fracture hazards associated with the formation, handling, transport, and / or storage of the core used in forming a component having an internal passage formed therein; (b) reliable and repeatable molding of components having internal vias formed using a single integral process to form at least one and possibly all three properties of a large ratio of length to diameter, substantially non-linear shape, and complicated cross-sectional perimeter exhibit; and (c) reducing or eliminating breakage problems associated with features of the core that define via wall features complementary in the component.
Vorstehend sind im Einzelnen Ausführungsformen ummantelter Kerne beschrieben. Die ummantelten Kerne und die Verfahren und Systeme, die derartige ummantelte Kerne verwenden, sind nicht auf die hierin unterbreiteten speziellen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können Teile von Systemen und/oder Schritte der Verfahren unabhängig und getrennt von hier beschriebenen weiteren Komponenten und/oder Schritten genutzt werden. Beispielsweise können die Ausführungsformen in Verbindung mit vielen sonstigen Anwendungen genutzt werden, die gegenwärtig dazu eingerichtet sind, in Gussformanordnungen Kerne zu verwenden. In the above, embodiments of coated cores are described in detail. The sheathed cores and the methods and systems using such sheathed cores are not limited to the specific embodiments presented herein, but portions of systems and / or steps of the methods may be utilized independently and separately from other components and / or steps described herein , For example, the embodiments may be used in conjunction with many other applications that are currently configured to use cores in mold assemblies.
Obwohl spezielle Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen der Beschreibung in einigen Zeichnungen gezeigt sein können und in anderen nicht, dient dies lediglich der vereinfachten Darstellung. Gemäß den Grundzügen der Beschreibung kann jedes Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit jedem beliebigen Merkmal jeder der übrigen Zeichnungen in Bezug genommen und/oder beansprucht werden. Although particular features of different embodiments of the description may be shown in some drawings and not in others, this is for convenience of illustration only. In accordance with the principles of the description, each feature of a drawing may be referenced and / or claimed in combination with any feature of any of the remaining drawings.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Ausführungsformen zu beschreiben, die die beste Ausführungsart beinhalten, und außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Ausführungsformen zu verwirklichen, einschließlich beliebige Vorrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Beschreibung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente enthalten, die nur unwesentlich von dem Wortsinn der Ansprüche abweichen. This written description uses examples to describe the embodiments that include the best mode and also to enable any person skilled in the art to make the embodiments, including making and using any devices and systems, and to carry out any associated methods. The patentable scope of the description is defined by the claims, and may include other examples of skill in the art. Such other examples are intended to be within the scope of the claims if they have structural elements that do not differ from the literal language of the claims, or if they include equivalent structural elements that differ only slightly from the literal language of the claims.
Geschaffen ist ein Verfahren
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